Phản ứng xà phòng hóa là quá trình thủy phân este (hoặc chất béo) trong môi trường kiềm (thường là dung dịch NaOH hoặc KOH), tạo thành muối carboxylate (thành phần chính của xà phòng) và alcohol (hoặc glycerol). Đây là một phản ứng một chiều và cần có nhiệt độ để xảy ra nhanh hơn. 
1. Phương trình hóa học tổng quát

Với este đơn chức:
$R-COO-R' + NaOH \xrightarrow{t^o} R-COONa + R'-OH$
(Sản phẩm gồm muối của acid carboxylic và alcohol).
Với chất béo (Triglyceride):
$(R-COO)_3C_3H_5 + 3NaOH \xrightarrow{t^o} 3R-COONa + C_3H_5(OH)_3$
(Sản phẩm tạo ra hỗn hợp muối natri của acid béo – chính là xà phòng – và glycerol). 

2. So sánh đặc điểm phản ứng
Đặc điểm
Thủy phân trong môi trường kiềm (Xà phòng hóa)
Thủy phân trong môi trường acid

Tính thuận nghịch
Phản ứng một chiều (hoàn toàn)
Phản ứng thuận nghịch (hai chiều)

Sản phẩm muối
Tạo ra muối carboxylate
Tạo ra acid carboxylic tự do

Vai trò chất xúc tác
Kiềm tham gia trực tiếp như chất phản ứng
Acid đóng vai trò chất xúc tác thông thường

3. Cơ chế hoạt động tẩy rửa của xà phòng
Phân tử muối trong xà phòng (R-COONa) có cấu trúc gồm hai phần: 

Đầu ưa nước: Nhóm -COONa (hoặc -COOK) phân cực mạnh, hướng ra phía phân tử nước.
Đuôi kị nước (ưa dầu): Gốc hydrocarbon R- dài, không phân cực, có xu hướng hòa tan và giữ chặt các vết bẩn, dầu mỡ.
Khi giặt rửa, các đuôi ưa dầu sẽ bám vào vết bẩn, đầu ưa nước hướng ra ngoài nước, kéo vết bẩn tách rời khỏi bề mặt vật thể và phân tán vào nước dưới dạng nhũ tương.